cpp-testing (Testes C++)

Testes C++ (Habilidade para Agente)

Fluxo de Trabalho de Testes orientado a agente para C++ moderno (C++17/20) usando GoogleTest/GoogleMock com CMake/CTest.

Quando Usar

• Escrever novos testes C++ ou corrigir testes existentes
• Projetar cobertura de testes unitários/integração para componentes C++
• Adicionar cobertura de testes, portão de CI ou proteção contra regressões
• Configurar fluxos de trabalho CMake/CTest para execução consistente
• Investigar falhas de teste ou comportamento instável
• Habilitar sanitizadores para diagnóstico de memória/condições de corrida

Quando NÃO Usar

• Implementar novos recursos de produto sem alterações nos testes
• Refatorações de grande escala não relacionadas à cobertura ou falhas de teste
• Ajustes de desempenho sem regressões de teste para validar
• Projetos que não são C++ ou tarefas que não são de teste

Conceitos Centrais

• Ciclo TDD: vermelho → verde → refatorar (testes primeiro, correção mínima, depois limpeza).
• Isolamento: preferir injeção de dependência e fakes em vez de estado global.
• Layout de teste: tests/unit, tests/integration, tests/testdata.
• Mocks vs fakes: usar mock para interações, fake para comportamento com estado.
• Descoberta CTest: usar gtest_discover_tests() para descoberta estável de testes.
• Sinalização CI: executar um subconjunto primeiro, depois a suíte completa com --output-on-failure.

Fluxo de Trabalho TDD

Siga o ciclo VERMELHO → VERDE → REFATORAR:

1. VERMELHO: escreva um teste que falhe e capture o novo comportamento
2. VERDE: implemente a menor alteração para passar
3. REFATORAR: limpe enquanto os testes permanecem verdes

// tests/add_test.cpp
#include <gtest/gtest.h>

int Add(int a, int b); // Fornecido pelo código de produção.

TEST(AddTest, AddsTwoNumbers) { // VERMELHO
  EXPECT_EQ(Add(2, 3), 5);
}

// src/add.cpp
int Add(int a, int b) { // VERDE
  return a + b;
}

// REFATORAR: simplificar/renomear assim que os testes passarem

Exemplos de Código

Teste de Unidade Básico (gtest)

// tests/calculator_test.cpp
#include <gtest/gtest.h>

int Add(int a, int b); // Fornecido pelo código de produção.

TEST(CalculatorTest, AddsTwoNumbers) {
    EXPECT_EQ(Add(2, 3), 5);
}

Fixture (gtest)

// tests/user_store_test.cpp
// Stub de pseudocódigo: substituir UserStore/User pelos tipos do projeto.
#include <gtest/gtest.h>
#include <memory>
#include <optional>
#include <string>

struct User { std::string name; };
class UserStore {
public:
    explicit UserStore(std::string /*path*/) {}
    void Seed(std::initializer_list<User> /*users*/) {}
    std::optional<User> Find(const std::string &/*name*/) { return User{"alice"}; }
};

class UserStoreTest : public ::testing::Test {
protected:
    void SetUp() override {
        store = std::make_unique<UserStore>(":memory:");
        store->Seed({{"alice"}, {"bob"}});
    }

    std::unique_ptr<UserStore> store;
};

TEST_F(UserStoreTest, FindsExistingUser) {
    auto user = store->Find("alice");
    ASSERT_TRUE(user.has_value());
    EXPECT_EQ(user->name, "alice");
}

Mock (gmock)

// tests/notifier_test.cpp
#include <gmock/gmock.h>
#include <gtest/gtest.h>
#include <string>

class Notifier {
public:
    virtual ~Notifier() = default;
    virtual void Send(const std::string &message) = 0;
};

class MockNotifier : public Notifier {
public:
    MOCK_METHOD(void, Send, (const std::string &message), (override));
};

class Service {
public:
    explicit Service(Notifier &notifier) : notifier_(notifier) {}
    void Publish(const std::string &message) { notifier_.Send(message); }

private:
    Notifier &notifier_;
};

TEST(ServiceTest, SendsNotifications) {
    MockNotifier notifier;
    Service service(notifier);

    EXPECT_CALL(notifier, Send("hello")).Times(1);
    service.Publish("hello");
}

Início Rápido com CMake/CTest

# CMakeLists.txt (trecho)
cmake_minimum_required(VERSION 3.20)
project(example LANGUAGES CXX)

set(CMAKE_CXX_STANDARD 20)
set(CMAKE_CXX_STANDARD_REQUIRED ON)

include(FetchContent)
# Prefira versões bloqueadas pelo projeto. Se usar uma tag, use uma versão fixa conforme a política do projeto.
set(GTEST_VERSION v1.17.0) # Ajuste conforme a política do projeto.
FetchContent_Declare(
  googletest
  # Google Test framework (repositório oficial)
  URL https://github.com/google/googletest/archive/refs/tags/${GTEST_VERSION}.zip
)
FetchContent_MakeAvailable(googletest)

add_executable(example_tests
  tests/calculator_test.cpp
  src/calculator.cpp
)
target_link_libraries(example_tests GTest::gtest GTest::gmock GTest::gtest_main)

enable_testing()
include(GoogleTest)
gtest_discover_tests(example_tests)

cmake -S . -B build -DCMAKE_BUILD_TYPE=Debug
cmake --build build -j
ctest --test-dir build --output-on-failure

Executando Testes

ctest --test-dir build --output-on-failure
ctest --test-dir build -R ClampTest
ctest --test-dir build -R "UserStoreTest.*" --output-on-failure

./build/example_tests --gtest_filter=ClampTest.*
./build/example_tests --gtest_filter=UserStoreTest.FindsExistingUser

Depurando Falhas

1. Execute novamente o único teste que falhou com o filtro gtest.
2. Adicione logs com escopo ao redor da asserção que falhou.
3. Execute novamente com sanitizadores habilitados.
4. Expanda para a suíte completa assim que a causa raiz for corrigida.

Cobertura

Prefira configurações no nível do alvo em vez de flags globais.

option(ENABLE_COVERAGE "Habilitar flags de cobertura" OFF)

if(ENABLE_COVERAGE)
  if(CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "GNU")
    target_compile_options(example_tests PRIVATE --coverage)
    target_link_options(example_tests PRIVATE --coverage)
  elseif(CMAKE_CXX_COMPILER_ID MATCHES "Clang")
    target_compile_options(example_tests PRIVATE -fprofile-instr-generate -fcoverage-mapping)
    target_link_options(example_tests PRIVATE -fprofile-instr-generate)
  endif()
endif()

GCC + gcov + lcov:

cmake -S . -B build-cov -DENABLE_COVERAGE=ON
cmake --build build-cov -j
ctest --test-dir build-cov
lcov --capture --directory build-cov --output-file coverage.info
lcov --remove coverage.info '/usr/*' --output-file coverage.info
genhtml coverage.info --output-directory coverage

Clang + llvm-cov:

cmake -S . -B build-llvm -DENABLE_COVERAGE=ON -DCMAKE_CXX_COMPILER=clang++
cmake --build build-llvm -j
LLVM_PROFILE_FILE="build-llvm/default.profraw" ctest --test-dir build-llvm
llvm-profdata merge -sparse build-llvm/default.profraw -o build-llvm/default.profdata
llvm-cov report build-llvm/example_tests -instr-profile=build-llvm/default.profdata

Sanitizadores

option(ENABLE_ASAN "Habilitar AddressSanitizer" OFF)
option(ENABLE_UBSAN "Habilitar UndefinedBehaviorSanitizer" OFF)
option(ENABLE_TSAN "Habilitar ThreadSanitizer" OFF)

if(ENABLE_ASAN)
  add_compile_options(-fsanitize=address -fno-omit-frame-pointer)
  add_link_options(-fsanitize=address)
endif()
if(ENABLE_UBSAN)
  add_compile_options(-fsanitize=undefined -fno-omit-frame-pointer)
  add_link_options(-fsanitize=undefined)
endif()
if(ENABLE_TSAN)
  add_compile_options(-fsanitize=thread)
  add_link_options(-fsanitize=thread)
endif()

Diretrizes para Testes Instáveis

• Nunca use sleep para sincronização; use variáveis de condição ou latches.
• Crie diretórios temporários exclusivos por teste e sempre os limpe.
• Evite tempo real, rede ou dependências do sistema de arquivos em testes unitários.
• Use sementes determinísticas para entradas aleatórias.

Melhores Práticas

FAÇA

• Mantenha os testes determinísticos e isolados
• Prefira injeção de dependência em vez de globais
• Use ASSERT_* para pré-condições, EXPECT_* para múltiplas verificações
• Separe testes unitários vs integração em rótulos ou diretórios do CTest
• Execute sanitizadores no CI para detecção de memória e condições de corrida

NÃO FAÇA

• Não dependa de tempo real ou rede em testes unitários
• Não use sleeps como sincronização quando uma variável de condição puder ser usada
• Não exagere no uso de mocks para objetos de valor simples
• Não use correspondência de strings frágil para logs não críticos

Armadilhas Comuns

• Usar caminhos temporários fixos → Gere diretórios temporários exclusivos por teste e os limpe.
• Depender do tempo de relógio de parede → Injete um relógio ou use fontes de tempo falsas.
• Testes de concorrência instáveis → Use variáveis de condição/latches e esperas limitadas.
• Estado global oculto → Redefina o estado global em fixtures ou remova globais.
• Exagero de mocks → Prefira fakes para comportamento com estado e faça mock apenas de interações.
• Falta de execução de sanitizadores → Adicione builds ASan/UBSan/TSan no CI.
• Cobertura apenas em builds de depuração → Certifique-se de que os alvos de cobertura usem flags consistentes.

Apêndice Opcional: Fuzzing / Teste de Propriedades

Use apenas se o projeto já suporta LLVM/libFuzzer ou uma biblioteca de teste de propriedades.

• libFuzzer: melhor para funções puras com E/S mínima.
• RapidCheck: testes baseados em propriedades para validar invariantes.

Harness mínimo para libFuzzer (pseudocódigo: substitua ParseConfig):

#include <cstddef>
#include <cstdint>
#include <string>

extern "C" int LLVMFuzzerTestOneInput(const uint8_t *data, size_t size) {
    std::string input(reinterpret_cast<const char *>(data), size);
    // ParseConfig(input); // função do projeto
    return 0;
}

Alternativas ao GoogleTest

• Catch2: apenas cabeçalho, matchers expressivos
• doctest: leve, sobrecarga mínima de compilação